Ultrazvučno pojačano trofazno particioniranje

• Trofazno particioniranje (TPP) je tehnika za ekstrakciju, odvajanje i pročišćavanje komponenti, npr. lipida, enzima, polisaharida i drugih biomolekula, iz biološkog materijala.
• Ultrazvučno potpomognuto trofazno particioniranje nadmašuje konvencionalno trofazno particioniranje višim prinosom, boljom čistoćom i izuzetnom brzinom.
• Ultrazvučno trofazno particioniranje primjenjivo je za male i velike volumene i može se jednostavno skalirati na industrijsku proizvodnju.

Ultrazvučno trofazno particioniranje

Trofazno particioniranje

Trofazno particioniranje (TPP) je jednostavan i efikasan jednostepeni proces za odvajanje, pročišćavanje i koncentriranje biomolekula poput enzima, lipida, polisaharida itd. iz složenih smjesa.
TPP se provodi uzastopnim dodavanjem dovoljne količine soli (obično amonijev sulfat) i organskog otapala (uglavnom t-butanol/tert-butanol). Soli poput amonijevog sulfata koriste se pri određenoj zasićenosti za taloženje proteina. Organsko otapalo poput t-butanola dodaje se kako bi se formirali trofazni slojevi i uklonili spojevi male molekulske mase poput lipida, fenolnih spojeva i nekih deterdženata. Budući da t-butanol ima visoku tačku ključanja, ali je manje zapaljiv od etanola i metanola, t-butanol je poželjno otapalo za TPP.
Nakon obrade sirovog ekstrakta i dekantiranja smjesa se razdvaja na tri izdvojene faze: gornja faza otapala (t-butanol) sadrži nepolarne spojeve, koji su od donje vodene faze (koja sadrži polarne spojeve) odvojeni međufaznim talogom proteina. Željeni proteini selektivno se raspodjeljuju u jednu fazu, a ostali kontaminirajući proteini u drugu fazu. To uzrokuje djelomično pročišćavanje i koncentriranje proteina. Proces ekstrakcije predstavlja spoj kosmotropnog taloženja, isoljavanja, taloženja izotoničnim kosolventom i osmolitskog taloženja proteina.

Ultrazvučno pojačano trofazno particioniranje

Ultrazvučna obrada (sonikacija) značajno intenzivira proces TPP. Ultrazvučno potpomognuto trofazno particioniranje uspješno se primjenjuje za odvajanje i pročišćavanje biomolekula. Širok raspon biomolekula izoliran je efikasnije u kraćem vremenu. Na primjer, enzimi iz biljaka (npr. bromelain, papain, invertaza, polifenol-oksidaza i inhibitori tripsina), životinja (npr. tripsin, α-kimotripsin, kimozin, pepsin i luciferaza) i mikroba (npr. lipaza, α-amilaza, α-galaktozidaza, serapeptidaza, ciklodekstrin-glikoziltransferaza i fibrinolitički enzimi) pročišćeni su ultrazvučnim TPP-om. Dodatna korist ultrazvučnog trofaznog particioniranja je pojačana aktivnost različitih enzima, što rezultira prividno višim prinosima (za otprilike 100%), budući da se ciljani enzim ili protein taloži u srednjem sloju između organske i vodene faze.
Ultrazvučno trofazno particioniranje može se efikasno koristiti sa sirovim uzorcima i može se jednostavno skalirati naviše.

Primjeri ultrazvučnog trofaznog particioniranja (US-TPP)

Ultrazvučni TPP za ekstrakciju astaksantina

Za ekstrakciju astaksantina (AX) kombinovana obrada TPP-om i ultrazvučnom obradom pomoću Hielscher sonikatora UP400S nije samo jednostavna i lako primjenjiva, nego i vrlo efikasna tehnika za izolaciju AX-a iz bakterijske biomase Paracoccus NBRC 101723. Radne varijable ultrazvučne obrade mogu se optimizirati kako bi se dobili optimalni rezultati ekstrakcije. Parametri ultrazvučne obrade, poput amplitude, vremena, temperature i posude za ekstrakciju (veličina, oblik), kao i veličina čestica biomase, značajno utječu na ultrazvučno oslobađanje AX-a iz biomase. Ultrazvučna obrada vlažne biomase daje bolje rezultate od ultrazvučnog TPP-a osušene biomase za brzu i efikasnu ekstrakciju AX-a. Ultrazvučni TPP rezultira 37% višim oporavkom AX-a nego konvencionalna ekstrakcija otapalom. (usp. Chougle et al. 2013)

Ultrazvučni TPP za odvajanje andrografolida iz biljke Andrographis paniculata

Andrografolid je labdanski diterpenoid, cijenjen zbog svojih izraženih protuupalnih, antioksidativnih, hepatoprotektivnih, antikancerogenih i antidijabetičkih učinaka. Komparativne studije pokazuju da ultrazvučni TPP ne samo da je povećao prinos andrografolida nego i poboljšava antioksidativnu aktivnost u odnosu na konvencionalni TPP.

Visokoučinkoviti sonikatori za trofazno particioniranje

Hielscher Ultrasonics specijaliziran je za dizajn i proizvodnju ultrazvučnih sistema velike snage za ekstrakciju, kao i za mnoge druge procese.
Naš asortiman obuhvata male, snažne laboratorijske sonikatore, robusne stolne homogenizatore i industrijske visokoučinkovite ultrazvučne sisteme. Raznovrsna oprema omogućava idealno prilagođavanje ultrazvučnog sistema vašim specifičnim zahtjevima procesa. Svi Hielscher sonikatori izrađeni su za rad 24 sata dnevno, 7 dana u sedmici, pod punim opterećenjem.
Naše dugogodišnje iskustvo u ultrazvučnoj obradi omogućava nam da savjetujemo naše klijente od prvih testova s ultrazvukom, preko koraka optimizacije procesa, do implementacije u industrijskom mjerilu.
Molimo vas da nam putem obrasca u nastavku opišete svoj proces! Rado ćemo preporučiti i razgovarati o mogućnostima i prednostima ultrazvučne obrade za vašu primjenu.

Literatura/reference

• Chougle, J.A: et al. (2013): Ultrasound assisted three phase partitioning (UATPP): A novel technique developed for extraction of astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Annual Conference University of Saskatchewan, Saskatoon, 7–10th July 2013.
• Ketnawa, S. et al (2017): Phase partitioning for enzyme separation: An overview and recent applications. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
• Varakumar, S. et al. (2017): Poboljšana ekstrakcija uljane smole iz praha rizoma đumbira (Zingiber officinale) korištenjem trofaznog razdvajanja uz pomoć enzima. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Ultrasound synergized with three-phase partitioning for extraction and separation of Corbicula fluminea polysaccharides and possible relevant mechanisms. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128–134.